储层改造技术现状与发展建议

中国石油油气藏改造重点实验室中国石油勘探开发研究院廊坊分院压裂酸化技术服务中心2014年8月，青岛储层改造技术现状与发展建议中国石油和石化工程研究会压裂酸化技术研讨会卢拥军车明光汇报提纲一、储层改造技术现状二、技术对标与差距分析三、建议（一）作用与地位（二）主体技术储层改造的技术现状纵向缝横截缝＜1990整体压裂、开发压裂2006年直井多层、水平井多段压裂1991～20052011年体积压裂与工厂化1.储层改造每前进一步，都促进了勘探开发向新的领域迈进（一）作用与地位储层解堵、提高单井产量，动用1mD以上储量结合井网、提高采收率，解决注水开发油藏整体改造问题细分层段开发、提高动用程度，动用下限降至0.3mD提高改造体积，启动非常规资源开发储层改造实现了低渗透、特低渗透、超低渗透油藏和苏里格等致密气藏的有效动用“水平井+体积压裂”助推页岩气、致密油等非常规油气资源先导性试验和动用,成为其商业开发的必要手段近年来，国内近50亿吨未动用石油储量中的70%和近3万亿未动用天然气储量中的91%需改造，储层改造面临强劲的非常规油气藏生产需求2.储层改造使储层动用渗透率下限不断降低，难动用资源转化为可采储量（一）作用与地位2007-2012年水平井改造现场试验近2000井，压后原油稳定产量6-7吨，是直井的3.8-4.1倍，为中石油平均单井产量趋稳做出了贡献。3.储层改造不断提升单井产量，保障了产能建设顺利实施（一）作用与地位“十一五”期间年均改造井数近16000口，2011年压裂酸化近20000井次，相比2006年增加53%“十二五”每年新钻井2万余口，改造对象面临“难、新”领域，技术要求高，技术能力和服务保障工作量需求强劲200020012002200320042005200620072008200920102011酸化井次76114171469144118741736175924462753240929463432压裂井次5672740566576562691810006109591013012761132761587316065020004000600080001000012000140001600018000酸化井次压裂井次4.储层改造技术已成为与地球物理、钻完井并列的三大关键工程技术（一）作用与地位七五八五九五十五队伍的组建、改造技术研究实验室建设（UNDP项目）人才培养（出国培训、专家讲学）技术体系的建立产品研制与开发应用基础研究（机理研究）人才培养（学历深造）技术体系完善（压裂、酸化）单井压裂优化与裂缝监测技术,硼交联田菁胶、香豆胶压裂液低渗油藏整体压裂技术（鄯善）油藏重复压裂技术深井、超深井压裂酸化技术稠化酸酸压+闭和酸化技术有机钛锆交联植物胶压裂液全三维水力压裂机理研究低渗油藏开发压裂技术C02泡沫压裂技术，泡沫压裂液有机硼胶囊破胶，流变动力学特低渗透油藏经济有效动用开发压裂技术研究特殊岩性（变质岩、泥灰岩）改造技术新型压裂材料研制，海外技术应用加强应用基础研究，新产品研发加大重点实验室和学科建设，大型物模十一五以油气藏改造重点实验室为代表，液体与工艺技术快速发展十二五基础理论及机理、产品及液体体系、实验方法与大尺度物模实验、体积压裂优化设计与工艺技术、诊断与评估方法非常规储层体积改造（多层多段）超高温、超深井储层改造低浓度压裂液，滑溜水压裂液直井分层、水平井分段压裂、转向酸酸压，羧甲基压裂液、VES清洁压裂液，加重压裂液内容指标数据对应井号所属油田最大作业井深，m8023克深7塔里木油田最高施工温度，℃201牛东1华北油田最高施工压力，MPa136大北301塔里木油田最高施工排量，m3/min17.2威201-H1西南油气田最深水平井，m6305/7810塔中×-15H塔里木油田最大注入液量，m346140焦页12-4HF井中石化焦石坝最大加入砂量，m31798吉172-H新疆油田最大水平段长，m2856苏76-1-20H长庆油田水平井压裂最多分段数21/26致密油大北平2页岩气12-4HF吉林油田中石化焦石坝直井压裂最多分层数10高扶103-13大庆油田最多动用压裂泵车台数19威201-H1西南油气田国内储层改造技术水平不断提高，服务能力不断刷新记录（二）主体技术低渗透油藏深井/超深井储层近年来，储层改造技术紧密围绕3个目标、7个方面开展创新与攻关，逐渐形成了以直井多层和水平井多段压裂为核心的储层改造主体技术，满足6类不同类型储层的改造需求，为低渗透油气藏的经济有效开发和非常规油气藏动用提供了重要的技术支撑。1.实验评价与基础理论2.优化设计及软件3.改造装备4.液体体系5.支撑剂6.工具与工艺技术7.裂缝监测与诊断技术储层改造工作的核心竞争力主要体现在以下7个方面：（二）主体技术1.实验评价满足需求，基础理论研究逐步提升基础评价实验和基础理论研究，是认识储层、评价材料性能、形成新理论、研发新材料、发展新技术的基础。表面/界面实验酸岩反应模拟实验动态滤失伤害实验储层改造评价实验和基础研究储层基础实验技术材料性能评价和新材料研究大型模拟实验研究岩心基本性能岩石力学实验、地应力岩心微观结构支撑剂实验流体实验导流能力基本性能实验微观结构与分析实验摩阻、流变、蠕变及粘弹性实验大型流体管道模拟大型岩石物理模拟井工厂矿场模拟实验（1）储层（岩石）基础评价实验技术实验内容：岩石力学参数测试，地应力大小、方向研究实验能力：测试设备（引进Terra-tek和MTS）围压系统140MPa、孔隙系统100MPa，基本满足6000m井深就地应力条件下的参数测试；古地磁可研究地应力方位生产需求：高压井岩石力学参数测试（围压200MPa）、岩石强度连续测试、全应力-应变曲线测试、非常规储层和复杂井身结构井形成复杂裂缝判据岩石力学三轴实验系统四川洪雅张村寒武系九老洞组页岩标准岩心(Φ1in)大尺寸砂岩岩心（2）材料性能评价与研发-支撑剂实验内容：评价支撑剂7项基本性能，研究支撑裂缝导流能力，优选支撑剂实验能力：大庆、长庆等油田和川庆、长城等公司具备性能评价能力；“中心”是国内相关行业和企业标准的起草者，建立了液测长期导流能力实验方法技术差距：非达西流气体导流能力模拟测试ZEISS圆球度分析仪支撑剂长期导流能力测试系统实验内容：评价液体粘弹性、滤失、损害、摩阻及表界面化学等性能，研究压裂液交联和破胶机理，为压裂设计、施工和效果预测提供依据实验能力：“中心”、大庆、长庆、川庆等单位均能满足压裂液性能测试和新材料研发的评价实验，长城钻探（昆山）具有大核磁研究瓜胶分子结构的能力生产需求：200℃以上压裂液动态滤失与伤害模拟、纳米尺度孔隙微观结构表征及与液体相互作用机理研究新型环境扫描电镜与能谱组合测试系统流变仪实验测试系统（2）材料性能评价与研发-压裂液实验内容：评价酸液的流变、腐蚀、缓蚀等性能，研究酸岩反应机理、均匀布酸和酸液转向等技术，为储层酸化/酸压改造设计和产量模拟提供依据实验能力：长庆、西南、川庆等单位均能满足酸液性能测试和新材料研发的评价实验，“中心”同时具有酸岩反应透明裂缝模拟和均匀布酸研究能力技术差距：180℃以上酸液缓蚀性能评价、酸岩反应非均匀刻蚀表征酸岩反应透明平行板模拟裂缝内粘性指进（2）材料性能评价与研发-酸液均匀布酸实验装置美国A&M大学非均匀刻蚀表征（3）大型模拟实验研究-水力压裂大物模实验内容：模拟压裂动态过程，观察裂缝几何形态，研究裂缝起裂和延伸机理，进行体积压裂模拟以及实时裂缝监测与诊断，指导压裂工艺即参数的优化。实验能力：“中心”具备世界先进大型物理模拟实验能力（全世界仅有的三套设备之一），大尺度三向应力加载重现储层地应力（69MPa），流体饱和模拟油藏孔隙流体（20MPa），固液两相泵入模拟压裂泵车/混砂车工作（82MPa），主/被动声波结合的声发射事件解释复杂裂缝技术模拟微地震解释裂缝（24通道）。研究能力和水平与世界同步。大物模实验系统砂岩应力转向后形成的转向复杂裂缝砂岩主要功能压裂液井筒中剪切加热历史模拟测试压裂液管式流变参数n′、k′、表观粘度、摩阻直观模拟压裂液在裂缝中的流动形态，动态携砂性能、支撑剖面评价不同压裂液的支撑剂传输能力，并可以研究不同类型压裂液冻胶的沉砂性能“中心”可视携砂模拟研究与国外同步（3）大型模拟实验研究-可视化管路和支撑剖面研究压裂优化设计理念由经典单一裂缝向裂缝网络转变2.拥有世界先进软件，形成了优化设计技术，满足了需求综合地质、物探、钻完井、录井、完井等资料，建立地质模型以压后产量为目标，应用油气藏数值模拟技术，优化裂缝参数以优化的裂缝参数为目标，应用压裂裂缝模拟技术，优化施工参数主体软件全为引进，其中中国石油购买了美国卡博公司FracProPT压裂设计软件集团版。“中心”拥有较全的全三维裂缝模拟、油藏数值模拟、应力场模拟等系列软件；大庆、长庆、川庆等公司拥有应用较广泛的2-3种软件（FracProPT、Stimplan等）。优化设计软件：FracProPT（油田应用最多）、Stimplan（含酸压和水平井、页岩气多种版本）、Meyer、Gohfer、TerraFrac油藏数值模拟软件：Eclipse、DeskTopVIP、WorkBench有限元分析软件：ABAQUS压裂优化设计相关软件种类较多，主体软件全为引进①压裂酸化技术服务中心(已研软件6套，在研软件4套)支撑系数法裂缝参数优化软件液体返排参数控制设计软件压裂专用产能预测前后处理软件煤岩压裂裂缝导流能力评价系统直井多层水平井多段快速优化软件万庄2000全三维水力压裂优化设计软件在研4套软件水平井任意裂缝方位优化软件页岩气复杂裂缝产能预测软件页岩压裂复杂裂缝延伸模型及软件低渗特低渗油层压裂增产改造经济评价软件国内多家机构也开展了设计软件研发，开发模式多为依托研究项目，针对特定区域或特殊需求形成特色功能软件，但商业化程度低，后期持续升级完善工作薄弱。依托研究项目研究自主开发特色软件，商业化程度低，较难推广②西南石油大学3D-HFODS三维压裂模拟及优化设计软件水平井分级压裂优化设计软件考虑酸蚀蚓孔效应的酸化压裂设计计算软件③中国石油大学（北京）Frac—Hor水平井压裂优化设计软件水平井整体压裂优化设计软件④中国石油大学（华东）复杂工况整体压裂优化软件水平井分段压裂优化设计软件水平井压裂返排优化设计软件重复压裂应力分析软件依托研究项目研究自主开发特色软件，商业化程度低，较难推广主体设备压裂泵车混砂车仪表（指挥）车管汇车配套设备连续混配设备连续输砂设备连续油管车液氮泵车3.储层改造专用装备基本满足，但研制能力弱储层改造专用装备是指为压裂酸化施工提供动力与完成工艺和记录的特定设备3.装备配套基本满足生产需求，但研制能力弱截止2012年底，中石油集团公司工程技术服务企业共有压裂泵车近500台，总功率近100万水马力，国产、进口压裂泵车各占一半左右。国内以江汉四机厂和烟台杰瑞为主，具有2000型和2500型压裂泵车的生产能力，中石油内部的宝鸡石油机械厂研制成功2300型压裂车。序号装备名称总体情况国产化情况引进情况1压裂泵车公司共有压裂泵车492台套，91.07万水马力2000型为主279台套，2500型58台套，二者合计水马力70.3万占总量77.2%无3000型压裂泵车243台套，占49.4%主要厂家：江汉第四石油机械厂和烟台杰瑞股份公司249台套，占50.6%主要厂家：美国的哈里伯顿、双S公司和国民油井公司2混砂车、仪表车混砂车122台套仪表车81台套同泵车配套基本为江汉第四石油机械厂和烟台杰瑞股份公司产品同泵车配套基本为美国哈里伯顿、双S公司、西方、道威尔和国民油井公司3连续混配设备25台套左右基本为国产主要厂家：四机赛瓦石油钻采设备公司、北京矿冶研究总院4.液体体系涵盖各类型储层，研发与国际同步压裂液和酸液既要保障压裂酸化安全、高效施工，又需满足与储层配伍、低损害的基本要求，同时根据储层条